EP0061376B1 - Transistor à effet de champ de type planar comportant des électrodes à puits métallisés, et procédé de fabrication de ce transistor - Google Patents

Transistor à effet de champ de type planar comportant des électrodes à puits métallisés, et procédé de fabrication de ce transistor Download PDF

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EP0061376B1
EP0061376B1 EP82400387A EP82400387A EP0061376B1 EP 0061376 B1 EP0061376 B1 EP 0061376B1 EP 82400387 A EP82400387 A EP 82400387A EP 82400387 A EP82400387 A EP 82400387A EP 0061376 B1 EP0061376 B1 EP 0061376B1
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transistor
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    • H10W20/20—Interconnections within wafers or substrates, e.g. through-silicon vias [TSV]

Definitions

  • the invention relates to a field effect transistor of planar technology comprising electrodes of the "metallized well” type and the method of manufacturing this transistor.
  • the source, gate and drain electrodes are formed or deposited, depending on whether it is necessary to constitute with the semiconductor an ohmic contact or a Schottky contact, on a face of a solid semiconductor.
  • the active layer formed by prior epitaxial deposition on a semiconductor substrate or by ion implantation of doping impurities in the surface layer of said substrate.
  • the current can only be established between source and drain in the surface layer and the control of this current takes place by vertical action of the gate potential.
  • Document FR-A-2 454 703 also discloses a field effect transistor, composed in particular of an active layer, of a first type of conductivity, deposited on a semi-insulating substrate.
  • the gate region which controls the flow of current between the access regions, is composed of at least two cylindrical zones of a second type of conductivity, extending through the active layer up to substrate. These two zones of second type of conductivity are obtained by implantation of ions in the active layer and are connected by a metallic layer placed on the surface of the active layer and forming a Schottky contact with it.
  • Implantation is an effective process for creating regions such as caissons, but very delicate for transforming a material in very small and deep regions, forming a comb for example.
  • the invention tends to remedy most of these drawbacks.
  • the field effect transistor according to the invention is of the planar type. It comprises a semiconductor substrate itself comprising a region with high electrical resistivity. On this substrate, on the side of the region with high resistivity, an active semiconductor layer has been deposited. Source, gate and drain electrodes deposited on the active layer establish an ohmic contact, a Schottky contact and an ohmic contact respectively.
  • the source, gate and drain electrodes are extended through the active layer of the semiconductor solid by a plurality of metallized wells forming a comb as far as the region of high resistivity of the semiconductor substrate and forms a row sued in a plane normal to the direction of the drain-surce current.
  • the metal wells under the gate electrode forming a Schottky contact with the material of the active layer while the metal wells under the source and drain electrodes form an ohmic contact with said material.
  • the method of manufacturing the transistor according to the invention comprises at least the steps as described in claim 5.
  • Figs. 1 and 2 respectively representing in truncated cavalier perspective and in longitudinal section, field effect transistors comprising a row of metallized wells under the gate electrode.
  • Figs. 3 and 4 show in section the embodiments of the invention.
  • a fragment of field effect transistor is shown in perspective from a cross section, fig. 1, a solid semiconductor.
  • the border 10 is delimited in solid lines between the semiconductor substrate 1, for example made of monocrystalline gallium arsenide, and an active layer 2. This was formed for example by epitaxial deposition on the substrate 1 made of arsenide monocrystalline gallium weakly doped so as to have a very high resistivity.
  • the active layer 2 is for example of n type of conductivity and a doping rate of the order of 8. 10 TM at. cm 3.
  • Two electrodes 3 and 4 are formed on the free surface of layer 2 by successive deposits of nickel, germaniam and gold, to constitute kill ohmic contacts intended to serve as source and drain.
  • a row of metallized wells 5 was formed by the method mentioned above. It is parallel to the large dimension of the electrodes 3 and 4 and placed between them.
  • the metallization is formed by successive deposits, for example of titanium, platinum and gold. The dimensions are for example as follows: 0.5 to 1 micron for the diameter of the wells spaced from 0.5 to 0.8 micron.
  • the resistance per mm of grid width is also divided by a non-negligible factor.
  • the ohmic resistance and the access resistance to the active layer are divided by a significant factor, which contributes to further improving the operation of the transistor.
  • a section of the transistor has been drawn by a plane parallel to the layer 2 and in the thickness of the latter.
  • two rows of wells 51 and 52 have been produced, each row being covered by a separate grid G 1 or G 7 -
  • Two vertical combs of different pitches have been shown by way of example, the wells 51 being less spaced than wells 52.
  • Such field effect transistors with two gates polarized at different potentials make it possible to control the current delivered by the transistor in different ways and also to operate the transistor as a phase shifter. Indeed, in the latter case, the charge carriers, being successively deflected by the teeth of the two vertical combs, have paths traveled which vary according to the potentials applied to the grids G, and G 2 .

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

  • L'invention concerne un transistor à effet de champ de technologie planar comportant des électrodes du type »à puits métallisés« ainsi que le procédé de fabrication de ce transistor.
  • Dans un transistor à effet de champ de technologie planar, on trouve une structure que l'on peut qualifier de »latérale« tant par sa géométrie que par son fonctionnement. En effet, les électrodes de source, de grille et de drain sont formées ou déposées, selon qu'il y a lieu de constituer avec le semiconducteur un contact ohmique ou un contact Schottky, sur une face d'un solide semiconducteur. Parallèlement à cette rangée d'électrodes, on trouve la couche active formée par dépôt épitaxial préalable sur un substrat semiconducteur ou par implantation ionique d'impuretés dopantes dans la couche superficielle dudit substrat. En fonctionnement, le courant ne peut s'établir entre source et drain que dans la couche superficielle et la commande de ce courant a lieu par action verticale du potentiel de grille.
  • Cette structure et ce mode de fonctionnement présentent plusieurs inconvénients, dont on citera quelques-uns ci-après:
    • interface avec le substrat semi-isolant de résistivité mal contrôlée, notamment pour la réalisation de circuits intégrés en arséniure de gallium;
    • existence de pièges à l'interface »substrat- couche active«;
    • états de surface générateurs d'effets parasites sur l'étendue de la zone déserte, ce qui nuit au bon fonctionnement à bas potentiel;
    • résistance ohmique de l'électrod de grille trop élevée, par suite des dimensions de celle-ci, même en structure interdigitée;
    • résistance d'accès trop élevée au semiconducteur, notamment sur arséniure de gallium;
    • encombrement trop important en surface, ce qui limite la densité d'intégration.
  • On a proposé des structures de type vertical comportant des électrodes enterrées. Leur procédé de fabrication est difficile à mettre en oeuvre car les électrodes enterrées sont difficiles à réaliser et leur technologie exige la formation de régions semiconductrices fortement dopées pratiquement incompatible avec la présence d'un substrat semi-isolant, nécessaire dans les circuits intégrés sur arséniure de gallium.
  • Du document FR-A-2 454 703 est aussi connu un transistor à effet de champ, composé notamment d'une couche active, d'un premier type de conductivité, déposée sur un substrat semi-isolant. Dans ce transistor, la région de porte, qui contrôle le passage du courant entre les régions d'accès, est composée d'au moins deux zones cylindriques d'un second type de conductivité, s'étendant à travers la couche active jusqu'au substrat. Ces deux zones de second type de conductivité sont obtenues par implantation d'ions dans la couche active et sont reliéfs par une couche métallique disposé à la surface de la couche active et formant un contact Schottky avec elle.
  • L'implantation est un procédé efficace pour créer des régions telles que des caissons, mais très délicat pour transformer un matériau dans des régions très petites et profondes, formant peigne par exemple.
  • L'invention tend à remédier à la plupart de ces inconvénients.
  • Le transistor à effet de champ selon l'invention est du type planar. Il comporte un substrat semiconducteur comportant lui-même une région à grande résistivité électrique. Sur ce substrat, du côté de la région à grande résistivité a été déposée une couche semiconductrice active. Des électrodes de source, de grille et de drain déposées sur la couche active établissent avec celle-ci respectivement un contact ohmique, un contact Schottky et un contact ohmique.
  • Il est caractérisé en ce que les électrodes de source, de grille et drain sont prolongées à travers la couche active du solide semiconducteur par une pluralité de puits métallisés formant peigne jusque dans la région de grande résistivité du substrat semiconducteur et forme une rangée sutée dans un plan normal à la direction du courant drain-surce. Les puits métalliques sous l'électrode de grille formant un contact Schottky avec le matériau de la couche active tandis que les puits métalliques sous les électrodes de source et drain forment un contact ohmique avec ledit matériau.
  • Le procédé de fabrication du transistor selon l'invention comporte au moins les étapes telle que décrits dans la revendication 5.
  • Les fig. 1 et 2 représentant respectivement en perspective cavalière tronquée et en coupe longitudinale, des transistors à effet de champ comportant une rangie de puits métallisés sous l'électrode de grille.
  • Les fig. 3 et 4 représentent en coupe des réalisations de l'invention.
  • Un fragment de transistor à effet de champ est représenté en perspective cavalière à partir d'une coupe transversale, fig. 1, d'un solide semiconducteur.
  • On a délimité en trait plein la frontière 10 entre le substrat semiconducteur 1, par exemple en arséniure de gallium monocristallin, et une couche active 2. Celle-ci a été formée par exemple par dépôt épitaxial sur le substrat 1 en monocristal d'arséniure de gallium faiblement dopé de manière à présenter une très grande résistivité. La couche active 2 est par exemple de type n de conductivité et d'un taux de dopage de l'ordre de 8 . 10™ at . cm 3.
  • Deux électrodes 3 et 4 sont formées sur la surface libre de la couche 2 par dépôts successifs de nickel, de germaniam et d'or, pour constituer des contacts ohmiques destinés à servir de source et de drain. Une rangée de puits métallisés 5 a été formée par le procédé mentionné ci-avant. Elle est parallèle à la grande dimension des électrodes 3 et 4 et placée entre celles-ci. La métallisation est formée par des dépôts successifs par exemple de titane, de platine et d'or. Les dimensions sont par exemple les suivantes: 0,5 à 1 micron pour le diamètre des puits espacés de 0,5 à 0,8 micron.
  • Ensuite la rangée est recouverte par un dépôt allongé 6 réalisé en utilisant les mêmes métaux que pour la métallisation des puits 5. Ce dépôt constitue bien l'électrode de grille 6 du transistor.
  • A la fig. 2, on a représenté en coupe suivant un plan perpendiculaire à la couche 2 et constituant un plan de symétrie longitudinal pour la rangée de puits 5. On a dessiné en trait interrompu la limite de la zone déserte située autour de l'électrode 6 pour un potential donné. Cette limite se trouve très près du contact Schottky (en 21) dans la partie de la grille plongée dans la couche 2, peu dopée, et beaucoup plus éloignée (en 22) de la grille dans le substrat moins dopé encore que la couche 2. Il en résulte que, pour ce potential, la région conductrice des porteurs de charge, au cours du fonctionnement du transistor, est limitée à l'espace situé entre les puits constituant les dents d'une sorte de peigne vertical. Au contraire les zones désertes entourant les extrémités des dents de ce peigne forment des régions tubulaires 22, lesquelles repoussent les porteurs de charge et renforcent la caractère se- mi-isolant du substrat.
  • La résistance par mm de largeur de grille se trouve aussi divisée par un facteur non mégligea- ble.
  • A la fig. 3, on a représenté, en coupe transversale (et non plus longitudinale comme à la fig. 2) la réalisation de l'invention dans laquelle on a aussi appliqué la technologie de fabrication des peignes verticaux avec puits métallisés aux électrodes 3 et 4.
  • Toutefois on observe ici trois différences importantes:
    • 1 ) La métallisation des puits 31 et 41 a été faite en utilisant des matériaux propres à former un bon contact ohmique (nickel, etc.).
    • 2) Les puits 31 et 41 ne pénètrent que peu ou pas du tout dans la région du substrat 1.
    • 3) On peut réaliser deux ou plusieurs rangées de puits pour chaque électrode, celle-ci recouvrant l'ensemble des puits de source ou de drain.
  • Dans cette réalisation la résistance ohmique et la résistance d'accès à la couche active sont divisées par un facteur non négligeable, ce qui contribue à améliorer encore le fonctionnement du transistor.
  • A la fig. 4, on a dessiné une coupe du transistor par un plan parallèle à la couche 2 et dans l'épaisseur de celle-ci. Dans cette variante on a réalisé deux rangées de puits 51 et 52, chaque rangée étant recouverte par une grille distincte G1 ou G7- On a représenté à titre d'exemple deux peignes verticaux de pas différents, les puits 51 étant moins espacés que les puits 52.
  • Il est possible de réaliser aussi deux grilles G1 et G2 de même pas mais dont les rangées soient décalées longitudinalement.
  • De tels transistors à effet de champ à deux grilles polarisées à des potentiels différents permettent de commander de différentes façons le courant délivré par le transistor et en outre de faire fonctionner le transistor en déphaseur. En effet, dans ce dernier cas les porteurs de charge, étant successivement déviés par les dents des deux peignes verticaux, ont des chemins parcourus variables en fonction des potentiels appliqués aux grilles G, et G2.
  • En ce qui concerne le procédé de fabrication des puits métallisés dans le cas de la fig. 3, ce procédé doit être complété comme suit:
    • 1) A l'étape (c) les puits destinés aux électrodes de source et de drain sont masqués pendant la métallisation à l'aide d'un produit de masquage électronique;
    • 2) Dans une étape supplémentaire comprise entre les étapes (c) et (d), on trouve une opération analogue à celle de l'étape (c) dans laquelle les puits destinés à l'électrode de grille sont masqués pendant la métallisation, à l'aide d'un produit de masquage électronique;
    • 3) A l'étape (d) le deuxième masque délimite uniquement la surface de la future électrode de grille;
    • 4) Après l'étape (e), on effectue des opérations analogues à celles des étapes (d) et (e) pour réaliser les électrodes de source et de drain à l'emplacement des puits correspondants.

Claims (5)

1. Transistor à effet de champ, de type planar, comportant, supporté par un substrat (1) en matériau semi-isolant, une couche active (2) en matériau semiconducteur sur laquelle sont déposées les métallisations des électrodes de source et drain (3, 4) et de grille (6), ce transistor étant caractérisé en ce que, en vue de mieux contrôler le pincement du canal dans l'épaisseur de la couche active (2), les électrodes de source, grille et drain sont prolongées par une pluralité de puits métalliques (5, 31, 41), formant peigne et traversant la couch active (2) jusqu'à pénétrer dans le substrat (1 les puits métalliques (5) sous l'électrode de grille (6) formant un contact Schottky avec le matériau de la couche active (2) tandis que les puits métalliques (31, 41) sous les électrodes de source et drain (3, 4) forment en contact ohmique avec ledit matériau.
2. Transistor selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte au moins une électrode supplémentaire de grille (G2) comportant des puits métallisés (52).
3. Transistor selon la revendication 2, caractérisé en ce que la grille supplémentaire (G2) diffère de la grille initiale (Gi) par un espacement différent des puits (51 et 52).
4. Transistor selon la revendication 2, caractérisé en ce que la grille supplémentaire (G2) diffère de la grille initiale (Gi) par un décalage mutuel des rangées de puits (51 et 52) dans leurs plans parallèles.
5. Procédé de fabrication d'un transistor selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes:
a) Sur la face libre d'une couche de matériau semiconducteur (2) épitaxée sur un substrat semi-isolant (1), délimitation de trois rangées de petites surfaces de la couche (2) du solide semiconducteur par un premier masque résistant à la gravure ionique;
b) Formation de puits (5, 31, 41) par gravure ionique à travers les trous du masque formé à l'étape (a);
c) Métallisation de l'intérieur des puits (5, 31, 41) par pulvérisation cathodique de métaux susceptibles de former, avec le solide semiconducteur un contact Schottky pour la grille (5) et un contact ohmique pour la source et le drain (31,41);
d) Remplacement du premier masque par un deuxième masque délimitant les surfaces englobant les rangées de puits (5, 31,41);
e) Dépôt de métaux susceptibles de former avec le matériau semiconducteur sur les surfaces délimitées à l'étape (d) un contact Schottky en vue de constituer l'électrode de grille (6), et deux contacts ohmiques en vue de constituer les électrodes de source et drain (3,4).
EP82400387A 1981-03-10 1982-03-05 Transistor à effet de champ de type planar comportant des électrodes à puits métallisés, et procédé de fabrication de ce transistor Expired EP0061376B1 (fr)

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FR8104719A FR2501913A1 (fr) 1981-03-10 1981-03-10 Transistor a effet de champ de type planar comportant des electrodes a puits metallises et procede de fabrication de ce transistor

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EP0061376A1 EP0061376A1 (fr) 1982-09-29
EP0061376B1 true EP0061376B1 (fr) 1984-08-08

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DE (1) DE3260514D1 (fr)
FR (1) FR2501913A1 (fr)

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